光电子科学与工程学院的前身是于1970年成立的华中工学院机一系光学仪器教研室和激光科研组。1979年，为适应光学与光电子学科发展，学校从原华中工学院电机系、无线电系等单位抽调相关教师和光学仪器教研室、激光教研室、红外教研室有关人员，正式组建了光学工程系。1991年“光学工程系”更名为“光电子工程系”。
1986年科技部批准建立激光技术国家重点实验室；1989年学校决定激光研究所从光学工程系划出，单独建制，并于1994年成立了“激光技术与工程研究院”。 1996年，国家计委批准成立激光加工国家工程中心。
2005年12月，根据学科发展需要，学校决定将“光电子工程系”和“激光技术与工程研究院”合并，成立“光电子科学与工程学院”。2007年7月，为了整合“武汉光电国家实验室（筹）”与“光电子科学与工程学院”的资源，学校决定实行“武汉光电国家实验室（筹）”与“光电子科学与工程学院”一体化运行的模式。
2007年，我院激光加工国家工程研究中心申报的“新型大功率激光器国际联合研究中心”得到批准，并授于“国家级国际联合研究中心”称号。
2008年，国家发改委正式批准我校组建“下一代互联网接入系统国家工程实验室”。
1973年，招收第一届光学仪器专业学生，1974年，激光和红外专业也相继开始招生。1986年，招收第一届光纤技术专业学生。1991年在国内率先开设光纤通信技术专业方向。1998年，在全国范围的专业调整中，光电子技术、光学技术与光电仪器专业分别并入新设电子科学技术、测控技术与仪器专业。同年，原光电子工程系申办“光信息科学与技术”（理科）专业获得批准，成为全国首批开设此专业的两所理工科院校之一；2005年，申办“光电信息工程”（工科）专业获得批准。2004年与法国巴黎南11大学、巴黎高等电子学院合作，开始联合培养“光电信息工程”本科生和硕士生试点工作。
1982年获得光学（理科）专业硕士点授权并于同年开始招收硕士生；1986年获得“物理电子学与光电子学”博士学位授予权；1996年，获得光学工程硕士学位授权，1994年批准设立“电子科学与技术”博士后流动站；1998年“光学工程”被批准为湖北省重点学科；2000年获“光学工程”一级学科授权；2002年“物理电子学”被批准为国家重点学科；2003年，在“光学工程”一级学科下批准设立“光电信息工程”博士点。2007年批准设立“光学工程”博士后流动站，同年“光学工程”一级学科被评为国家重点学科。2008年，“光信息科学与技术专业”在全国大学该专业中，排名中列第一名。
学院现有教职工168人，其中：共有教授40人、副教授45人，其中博士生导师38人，兼聘教授32人（其中院士6人），高级职称占全院总人数的57.14%，具有博士学位和即将取得博士学位的青年教师共75人。湖北省有突出贡献的中青年专家4人，享受政府特殊津贴8人。中国青年科技奖获得者1人，国家杰出青年科学基金获得者2人，教育部长江学者特聘教授3人，教育部新世纪优秀人才支持计划6人。
学院下设“光电测控技术系”、“光通信与光网络系”、“集成光电子器件与微纳制造系”、“激光科学与技术系”、“激光工程系”及“光电子技术教学实验中心”；并拥有光学工程、物理电子学、光电信息工程博士点、硕士点和光学工程博士后流动站、电子科学与技术博士后流动站，以及“光学工程”及“电子与通信工程”两个工程硕士点。
学院十分重视科研成果的开发与转化，以科研成果服务经济建设主战场，特别是服务“武汉·中国光谷”建设，在科技成果转化和高新技术产业化取得重大成果，产生了较大的经济效益。以激光科技产业和国家工程研究中心的品牌支撑了华工科技产业股份有限公司的上市，使之成为我国第一个以激光为主业的上市公司。